日前，淄博市能源集團(tuán)與德國(guó)林德集團(tuán)合作建設(shè)的第一座加氫站——淄博能源加氫站，開(kāi)始試運(yùn)行，加氫站將為淄博市第一批新燃料氫能公交車運(yùn)行提供保障服務(wù)。
7月底，淄博市能源集團(tuán)與德國(guó)林德集團(tuán)簽署了《淄博市氫能綜合開(kāi)發(fā)利用項(xiàng)目合作協(xié)議》，項(xiàng)目從達(dá)成意向到完成加氫站項(xiàng)目一期工程設(shè)計(jì)、土建施工、設(shè)備安裝和調(diào)試，僅用了20余天時(shí)間。
據(jù)了解，淄博能源加氫站規(guī)劃加注能力為1000公斤/24小時(shí)，分兩期同步設(shè)計(jì)、同步建設(shè)。采用地下氫罐設(shè)計(jì)，較之目前常用的地上儲(chǔ)藏方式更為安全，使用林德集團(tuán)專有技術(shù)雙體IC-90離子壓縮機(jī)可以同時(shí)滿足35MPa及70MPa的加氣需求，較大地提高氫能汽車的續(xù)航里程。
當(dāng)前氫能源不再是“規(guī)劃”，也不再是“概念”，已成為我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，包括廣州在內(nèi)的我國(guó)各大城市正逐漸步入“氫”時(shí)代。除了廣州，上海、浙江、河南、安徽等地都在進(jìn)行氫燃料電池車和氫能產(chǎn)業(yè)的布局，并開(kāi)展試運(yùn)營(yíng)應(yīng)用項(xiàng)目。
離子液壓縮機(jī)原理及優(yōu)勢(shì)
離子液是一種具有特殊物理及化學(xué)性質(zhì)的鹽分子。離子液體的特殊性在于可以把它們看作一種工程流體或新材料，應(yīng)用于自動(dòng)化、航空航天、電子電器或能源領(lǐng)域。
林德公司技術(shù)人員與全球第三大汽車生產(chǎn)商戴姆勒克萊斯勒公司（Daimler Chrysler AG）合作，歷經(jīng)4 年，成功開(kāi)發(fā)了使用離子液體作為液體活塞的氣體壓縮技術(shù)，并將其稱為離子壓縮機(jī)（Ionic Compressor）。離子液體本身幾乎不可壓縮，并且?guī)缀鯖](méi)有蒸汽壓，替代金屬活塞可以在等溫條件下產(chǎn)生高壓，并且能長(zhǎng)期服役而無(wú)需維護(hù)，從而節(jié)省20%的能耗。
林德集團(tuán)研制的該類壓縮機(jī)從最初的500個(gè)零件減少了很多，成本已大幅降低，應(yīng)用到加氫站的離子液體壓縮機(jī)排氣壓力為45～90MPa、流量為90～340Nm3/h，效率65%以上，最高的排氣壓力可達(dá)100MPa，排量為376～753Nm3/h。目前，奧地利Wien Energie 公司和德國(guó)BMW公司已將林德公司的新技術(shù)分別用于天然氣加氣站和氫能供應(yīng)站。
公開(kāi)資料顯示，林德公司采用離子液技術(shù)對(duì)氫氣進(jìn)行壓縮，氣體在氣缸中隨著離子液的上下運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的容積變化而被壓縮。其應(yīng)用在35到70MPa氫燃料汽車加氫中。除了山東淄博能源加氫站，上海同濟(jì)安亭的加氣站采用的也是此種壓縮機(jī)。
上圖為L(zhǎng)inde公司IC90壓縮機(jī)外形。
上圖為L(zhǎng)inde公司5級(jí)壓縮原理圖。
加氫站常用壓縮機(jī)型式及比較
根據(jù)工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，壓縮機(jī)可分為機(jī)械式壓縮機(jī)和非機(jī)械式壓縮機(jī)兩大類。而機(jī)械式壓縮機(jī)又分為活塞式壓縮機(jī)、膜式壓縮機(jī)、線性壓縮機(jī)和離子液體壓縮機(jī)四類。非機(jī)械式壓縮機(jī)分為低溫液體泵、金屬氫化物壓縮機(jī)、電化學(xué)氫氣壓縮機(jī)和吸附型壓縮機(jī)四類。
(1) 活塞和隔膜壓縮機(jī)應(yīng)用較廣，但無(wú)法滿足大排量使用
由于氫氣具有密度低、能量密度小的特點(diǎn)，氫氣壓縮機(jī)必須要具備承壓大、流量大、安全和密封性好的特質(zhì)，在防止氫脆現(xiàn)象的同時(shí)，盡可能的追求較少的能源損耗，目前國(guó)內(nèi)加氫站較多采用的是活塞式和隔膜式壓縮機(jī)。
①活塞式壓縮機(jī)是由聯(lián)軸器帶動(dòng)主機(jī)做往復(fù)的活塞運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)氣缸中氣體來(lái)進(jìn)行壓縮的。其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、經(jīng)驗(yàn)豐富、壓力范圍大，同時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作過(guò)程中氣體和潤(rùn)滑油不接觸，保證了氫氣中混入“碳”，避免下游應(yīng)用中膜電極與“碳”反應(yīng)出現(xiàn)故障。但其受自身結(jié)構(gòu)限制，僅適用于中小排量和高壓的工況。目前，國(guó)際上活塞式壓縮機(jī)的輸出壓力可達(dá)到100MPa，流量為300Nm3/h。其中，HydroPac公司研制的壓縮機(jī)輸出壓力為85.9MPa，流量為430kg/h，技術(shù)較為成熟。
②隔膜式壓縮機(jī)也是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由連桿推動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其與活塞式壓縮機(jī)的不同點(diǎn)主要是活塞和氣體之間加入了液油和隔膜，增加了密封性好，進(jìn)一步降低了“碳”與氣的接觸，潔凈度極高。而其缺點(diǎn)與活塞式類似，也僅用于中小排量和高壓的工況。較先進(jìn)的壓縮機(jī)排氣壓力可達(dá)100MPa，流量為200～700Nm3/h，效率可達(dá)80%～85%。其中美國(guó)的三層金屬隔膜結(jié)構(gòu)壓縮機(jī)輸出壓力超過(guò)85MPa。國(guó)內(nèi)的該類壓縮機(jī)壓力僅有45MPa，且流量較小，實(shí)際的示范應(yīng)用中故障率較高，同時(shí)87.5MPa壓力等級(jí)壓縮機(jī)還處于試樣階段，關(guān)鍵部件依賴進(jìn)口。
(2) 線性、離子壓縮機(jī)成本低，低溫液態(tài)泵排量高
①線性壓縮機(jī)直接將電磁力轉(zhuǎn)化為活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，能量使用效率較高，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單省去了大量的支撐部件，經(jīng)濟(jì)性潛力較大。美國(guó)為實(shí)現(xiàn)其DOE指定的提效、降本目標(biāo)，已開(kāi)始研制86～95MPa、氣體排量高于112Nm3/h、效率超過(guò)73%的線性壓縮機(jī)。該類壓縮機(jī)尚未有應(yīng)用實(shí)例，但其是未來(lái)壓縮機(jī)成本降低的一個(gè)方向。
②低溫液態(tài)泵采用低溫高壓儲(chǔ)氫技術(shù)，氫氣的體積能量密度大幅增加，但該技術(shù)應(yīng)用對(duì)氫氣的儲(chǔ)運(yùn)要求較高，相應(yīng)的成本也較高。其排氣壓力可達(dá)到85MPa，排量達(dá)100kg/h，氫氣儲(chǔ)存密度達(dá)80g/L。林德公司采用的低溫液態(tài)泵排氣壓力為35～90MPa，排量超過(guò)1000Nm3/h。
(3) 其它壓縮機(jī)尚在研發(fā)，向低成本、大排量方向發(fā)展
其他類型的壓縮機(jī)目前尚在研發(fā)，但技術(shù)還不成熟，已運(yùn)營(yíng)的加氫站中也未得到應(yīng)用。其發(fā)展方向超著氫氣壓縮機(jī)亟待解決的熱點(diǎn)——低本、高壓和大排方向發(fā)展，對(duì)未來(lái)加氫站降低成本有著重要的研究意義。
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